[发明专利]一种永磁同步电机太阳能水泵系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及水泵设备及控制技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机太阳能水泵系统及控制方法。

背景技术

光伏水泵系统是直接利用太阳电池光生伏打效应发电,之后通过一系列电力电子、电机、水机等控制及执行环节从而在江河湖泊或深井中实现提水的系统。

现有的技术方案中的电机一般采用交流异步电机或永磁直流有刷电机。交流异步电机的缺陷有：1、电机效率低，电机体积大，重量重；2、输入电压范围比较窄，对输入电压的波动范围限制比较严；3、电机在高电压或者低电压工作时电机的性能变；4、在太阳光照强度波动时，水泵系统工作效率波动明显，水泵的扬程、流量变化明显，在太阳光照不足时水泵扬程、流量会明显下降，甚至会无法工作，没有从分利用太阳能。而永磁直流有刷电机的缺陷有：1、电机效率低，电机体积大，重量重；2、电机的功率范围小，适合小功率电机；3、电机碳刷需要定期更换，碳刷和换向器寿命短，需要维护；4、电机换向时产生火花，电磁干扰严重。5、在太阳光照强度波动时，水泵系统工作效率波动明显，水泵的扬程、流量变化明显，在太阳光照不足时水泵扬程、流量会明显下降，甚至会无法工作，没有从分利用太阳能。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有装置的不足，提供一种永磁同步电机太阳能水泵系统及控制方法，具有工作效率大，电机系统的效率高，可实现自动控制、自动保护的特点。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种永磁同步电机太阳能水泵系统，包括光伏阵列、控制器、水箱及由水泵泵体单元和水泵电机单元组成的水泵，光伏阵列和控制器之间连接有光伏电源线，控制器和水泵电机单元之间连接有电机引出线，水箱和水泵泵体单元之间连接有输水管。光伏阵列的设计应该与水泵系统相匹配，可以为交流单相电源或三相电源输入，控制器具有设定和显示功能，可设定光伏阵列的工作阈值，过流保护、短路保护值设定等，显示工作参数和故障参数等。

水泵所在的水中设有水位传感器并通过水位控制线与控制器连接，水箱设有水箱水位传感器并通过水箱水位控制线与控制器连接。通过传感器实时感应外界和水箱的水位，控制器在收到相关信号后启动或停止系统工作。

作为优选，所述水泵泵体单元两端分别为进水部和出水部，进水部和出水部之间设有套在端口的泵壳及位于中间的泵轴，进水部设有泵体法兰，泵轴下端设有联轴器，泵轴上固定有若干叶轮，叶轮的叶片置于蜗壳内。联轴器用于连接泵轴和电机的转轴，出水部连接输水管，转轴转动带动泵轴及叶轮转动，使水进水部从进水部进入向上流动从出水部流出，经过输水管输送至水箱。

作为优选，所述泵轴上端设有通过螺钉固定的上轴套，在泵轴的端部开设螺孔，上轴套上对应位置开设可供螺钉穿过的孔，螺钉拧入螺孔固定上轴套，上轴套和出水部之间设有橡胶轴承，位于联轴器上方和上轴套下方的轴承上设有轴套。

作为优选，所述泵壳和出水部连接位置设有定位销和螺钉，在泵壳和出水部插合重叠的位置开设径向的孔，定位销插入孔中，且在出水部和定位销上轴向开设对应的螺孔，螺钉拧入螺孔进行固定，起到装配时定位且固定的作用。所述出水部的出水口设有止回阀及卡簧a，工作时，止回阀向上运动至卡簧a处停止，出水口打开，停止工作时，受水压作用，止回阀下落覆盖出水口，避免水流进入水泵中。

作为优选，水泵电机单元的第一种设计，其两端分别为下端盖和上端盖，下端盖和上端盖之间设有套在端口的机壳及位于中间的转轴，机壳上下两端口处设有密封垫，转轴上固定有转子组件，机壳内对于位置设有定子组件，转轴与上端盖之间设有油封，上端盖上还设有连接螺栓及引出线组件。转轴通过轴承分别与下端盖和上端盖连接，油封的作用在于避免水进入电机内部，连接螺栓用于连接水泵电机单元和水泵泵体单元，引出线组件用于电机引出线的防水加固。该设计可减少水泵长度，结构简单，装配方便，适合于水泵入水深度要求不高的场合使用。

作为优选，水泵电机单元的第二种设计，包括下轴承座和上轴承座，下轴承座和上轴承座之间设有套在端口的机壳及位于中间的转轴，转轴上固定有转子组件，机壳内对于位置设有定子组件，转轴与上轴承座之间设有机械密封，上轴承座上还设有连接螺栓及引出线组件。并且在机壳下方具有延长段，机壳下端口设为缩口，缩口处从下到上依次设有卡簧b、底座及油囊。转轴通过轴承分别与下轴承座和上轴承座连接，机械密封的作用在于避免水进入电机内部，机壳下方延长段及底部油囊的结构用于调节电机内外的压差，此设计适合水泵入水深度要求较高的场合使用。